Naturalne pochodzenie Witaminy B12 w dobie syntetyków

Witamina B12 inaczej kobamina to związek z grupy kobalamin zbudowany z czterech pierścieni pirolowych, w centrum których znajduje się jon kobaltu. W zależności od podstawników znajdujących się w miejscu, w którym następuje łatwa wymiana ligandów wyróżniamy cztery formy tej witaminy: cyjanokobalaminy (podstawnik CN-), metylokobalamina (podstawnik -CH3), adenozynokobalaminy (podstawnik 5'- deoksyadenozyna) oraz hydroksylokobalaminy (podstawnik -OH-).

Niezbędna do życia!
Produktami spożywczymi bogatymi w tą witaminę są: mięso przeżuwaczy, drób, ryby, skorupiaki oraz nabiał. Dla człowieka witamina B12 jest niezbędna w ilościach śladowych (ok. 1-3 μg/dzień) jako koenzym syntazy metioniny oraz mutazy metylomalonylo-CoA.

Jej wchłanianie odbywa się w końcowym odcinku jelita krętego, dzięki wytwarzanych przez komórki żołądka glikoproteinom. Kobalamina wiąże się z nimi tworząc czynnik hematopoezy, który bierze udział w tworzeniu komórek krwi.

Tak więc witamina ta niezwykle potrzebna do powstawania erytrocytów. Jej niedobór może prowadzić do niedokrwistości a nawet anemii złośliwej. Są na nie szczególnie narażeni ludzie stosujący dietę wegańską, anorektycy oraz alkoholicy.

Witamina B12 uczestniczy również w syntezie DNA i RNA w erytroblastach, w przemianach metabolicznych tłuszczy i węglowodanów oraz w prawidłowym funkcjonowaniu układu nerwowego. Bierze też udział w przemianie kwasu foliowego do biologicznie aktywnego tetrahydrofolianu i razem z nim odgrywa istotną rolę w stabilności genomu człowieka. Podnosi także poziom homocysteiny, co jest istotnym czynnikiem ryzyka w chorobach układu krążenia.

Idealny szczep bakterii?
Propionibacterium shermanii to bakterie najczęściej używane do produkcji na dużą skalę witaminy B12. Zaletą tych drobnoustrojów jest szybki wzrost na stosunkowo prostych podłożach z melasą jako źródłem węgla oraz wysoka wydajność w produkcji witaminy B12 w podłożach z dodatkiem węglowodorów i alkoholi jako źródła węgla.

Bakterie Propionibacterium i fermentacja propionowa są wykorzystywane do produkcji witaminy B12 na skalę przemysłową. Bioprocesy realizowane z udziałem mikroaerofilnego Propionibacterium shermanii przebiegają w ramach dwuetapowej fermentacji. W trakcie pierwszych 3 dni hodowli w środowisku beztlenowym bakterie syntetyzują prekursor kobinoamid, po czym następuje delikatne napowietrzanie kultury w ciągu kolejnych 1 - 3 dni celem realizacji finalnego etapu produkcji dimetylobenzimidazolu (DMBI) i połączenia obu cząsteczek, aby utworzyć cyjanokobalaminę .

Uwagi
Głównym problemem w produkcji kobalaminy przez bakterie propionowe jest powstawanie kwasów organicznych i innych metabolitów, powodujących zahamowanie wzrostu komórki. Konieczne jest ich usunięcie, aby zwiększyć przyrost biomasy i tym samym produktywność witaminy. W celu usunięcia kwasu propionowego i kwasu octowego z płynu hodowlanego stosowano m.in. filtrację krzyżowo-przepływową , fermentację połączoną z oczyszczaniem w kolumnie absorpcyjnej z węglem aktywnym, fermentację ekstrakcyjną, elektrodializę oraz komórki immobilizowane.

Magdalena Łapińska
Biotechnologia inżynierska III/I

Literatura

• Zhang, Y., Liu, J. Z., Huang, J. S., & Mao, Z. W. (2010). Genome shuffling of Propionibacterium shermanii for improving vitamin B12 production and comparative proteome analysis. Journal of biotechnology, 148(2), 139-143. 
• Martens, J. H., Barg, H., Warren, M., & Jahn, D. (2002). Microbial production of vitamin B12. Applied microbiology and biotechnology, 58(3), 275.